Fusionsenergie

Blick auf das Plasma der Versuchsanlage MAST

Fusionsenergie ist im Zusammenhang der Forschungspolitik die großtechnische Nutzung der Kernfusion zur Stromerzeugung. Die Aussicht auf eine praktisch unerschöpfliche [1] Energiequelle, die Hoffnung auf eine Technik ohne das Risiko katastrophaler Störfälle [2] und ohne die Notwendigkeit der Endlagerung langlebiger radioaktiver Abfälle [3] ist die Motivation für langfristige, internationale Forschungsaktivitäten.

Das zurzeit aufwendigste und teuerste Projekt ist der internationale Forschungsreaktor ITER. Mit dem Reaktor, der seit 2007 in Südfrankreich errichtet wird, kann frühestens ab 2026 [4] untersucht werden, ob ein Energieüberschuss – d. h., es wird mehr Fusionsleistung erzeugt als an Energiezufuhr benötigt wird – technisch realisierbar ist. Der nächste Schritt könnte das Projekt DEMO sein, mit dem gezeigt werden soll, dass Stromerzeugung durch Kernfusion prinzipiell möglich ist und eine genügend große Menge des Brennstoffs Tritium im Kraftwerk selbst erzeugt werden kann. [5] Falls diese Forschungsarbeiten erfolgreich verlaufen sollten, könnten Anlagen in wirtschaftlicher Größe mit einer elektrischen Leistung von 1000 bis 1500  MW [6] nach heutigem Kenntnisstand im letzten Viertel des 21. Jahrhunderts errichtet werden. [7] [8]

Technische Realisierbarkeit

Das technisch am weitesten fortgeschrittene Konzept ist das des Tokamaks. Eine Schwierigkeit stellen Plasmainstabilitäten, so genannte Disruptionen und am Rand lokalisierte Moden (ELM), dar. An Mechanismen zu ihrer Unterdrückung (z. B. durch resonante magnetische Störungen) wird gegenwärtig intensiv geforscht. Aufgrund des induktiv erzeugten Plasmastroms muss ein Tokamak in seiner Standardversion (d. h. ohne Stromtrieb) gepulst betrieben werden. Das Konzept des Stellarators hat weniger inhärente Probleme mit der Stabilität und ist zusätzlich zum Dauerstrichbetrieb fähig. Ob das erste Fusionskraftwerk ( DEMO) als Tokamak oder Stellarator gebaut werden soll, ist bisher noch nicht entschieden.

Ein wichtiges Maß für den Fortschritt der Fusionsforschung ist das sogenannte Tripelprodukt. Es muss einen durch das Lawson-Kriterium gegebenen Wert überschreiten, damit ein Reaktor funktioniert, d. h. damit das Plasma zündet. Seit dem Beginn der Fusionsforschung in den 1960er Jahren konnte der Wert des Tripelprodukts ca. um das 10.000-fache gesteigert werden, so dass man Anfang 2016 nur noch mit einem Faktor zwischen sieben und zehn von der Zündung entfernt ist. JET erreichte 1997 kurzzeitig (für weniger als 200 Millisekunden) 16 MW Fusionsleistung bei 24 MW eingekoppelter Heizleistung. Der größere Tokamak namens ITER soll für 1000 Sekunden 500 MW Fusionsleistung bei 50 MW Heizleistung demonstrieren. Damit wäre die technische Machbarkeit eines Q-Faktors (definiert als das Verhältnis von Fusionsleistung zu Heizleistung) von zehn gezeigt.

Prognosen über Strom liefernde Reaktoren liegen seit Jahrzehnten jeweils etwa 30 bis 50 Jahre in der Zukunft. Von manchen Kritikern wird diese Zeitspanne spöttisch als „Fusionskonstante“ bezeichnet. [9] Dass die Prognosen zu optimistisch waren, hat mehrere Ursachen: Der an sich einfache Prozess der Verschmelzung zweier Atomkerne ist in ein komplexes plasmaphysikalisches Umfeld eingebunden, das erst verstanden und beherrscht werden muss. Auch in der praktischen Umsetzung ergaben sich neuartige Herausforderungen technologischer und materialtechnischer Art, da zum Beispiel Temperaturen über 100 Millionen Grad erreicht werden müssen. Finanzierung, Bau und Betrieb der Großanlagen verzögern sich oft aus politischen Gründen, insbesondere angesichts der Kosten beim Projekt ITER.

Ende April 2016 verkündete das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, die bisherigen Experimente und weitere Untersuchungen hätten gezeigt, dass der Dauerbetrieb eines Tokamak technisch machbar ist. Damit seien auch die „Bedingungen für ITER und DEMO nahezu erfüllt“. [10]

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